что такое бис в информатике

Электроника СС БИС

«Электроника СС БИС» — советская векторно-конвейерная суперЭВМ на больших интегральных схемах (БИС). Архитектурно сходна с линией Cray. Введена в опытную эксплуатацию в 1989 году.

В конце 1970-х группа специалистов ИТМиВТ перешла в НИИ «Дельта» МЭП. Коллектив, во главе с Владимиром Андреевичом Мельниковым, решал задачу о применимости матричных БИС для создания высокопроизводительных вычислительных систем. Постепенно, от исследований перешли к разработке принципиально новой векторно-конвейерной супер-ЭВМ, получившей название «Электроника СС БИС». С 1983 года работа поддерживалась новым академическим Институтом проблем кибернетики РАН, главой которого стал академик Мельников.

Когда решался вопрос о выборе архитектуры будущей машины, был проведён анализ существующих на то время машин подобного типа. Выбор остановился на линии Сеймура Крея, откуда были взяты лишь основные архитектурные идеи и добавлены собственные оригинальные решения. Например, в «Электронике СС БИС» удалось реализовать выполнение операции деления, тогда как в Cray-1 была реализована лишь операция по получению обратного числа (для реализации деления, его необходимо было умножить на делимое). Для распараллеливания обработки скаляров и векторов, были выделены функциональные устройства для обработки операций с плавающей запятой — отдельно для скаляров и для векторов.

Удачным решением было применение массовой памяти на полупроводниках, занимающей промежуточное положение между оперативной и внешней памятью — в ней хранились часто используемые файлы.

Изначально разработчики были поставлены в сложные условия. Было принято политическое решение разрабатывать компьютер на базе интегральных схем предыдущего поколения (И-200), тогда как конкурирующая разработка Эльбрус-3, а также ЕС ЭВМ четвертой серии разрабатывались на базе более современных (И-300). Однако несмотря на это разработка была реализована в отличие от конкурентов

В 1985 году относительно (не была достигнута запланированная частота процессора [1] ) успешно прошёл испытания опытный образец «Электроники СС БИС-1» с одним процессором, показав производительность в 250 MFLOPS. В 1989 году прошли испытания головного образца на тестах. В 1991 году состоялись испытания системы с первой версией операционной системы, были изготовлены и налажены четыре образца, началась их установка у заказчиков. Одна из машин была соединена в двухмашинный комплекс. Пиковая производительность системы в двухмашинном варианте составляла 500 MFLOPS. В том же году был разработан проект многопроцессорной системы «Электроника СС БИС-2» с производительностью до 10 GFLOPS. Проект предполагалось реализовать на более совершенных БИС (И-400 и возможно И-500, в случае её быстрого создания). За счет этого предполагалось увеличение тактовой частоты и интегрированности систем. Кроме основных многопроцессорных машин в неё планировалось включить мониторные машины для управления системой подготовки задач, а также подсистему с массовым параллелизмом с глубиной 12 (по четыре исполнительных устройства на каждую операцию). Предполагалось достичь программной совместимости с как «СС БИС-1», так и с Cray X-MP и Cray Y-MP. В планы коллектива Института проблем кибернетики РАН входило создание неоднородной системы. Но в 1993 году, после смерти В. А. Мельникова, работы были прекращены.

Источник

Микропроцессоры и сложные БИС, проблемы создания

МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ПРОБЛЕМЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МЕЖДУ ПОТРЕБИТЕЛЯМИ И СОЗДАТЕЛЯМИ ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Борис Малашевич
Автор: Малашевич Б.М.

Статья опубликована в журнале «Электронная промышленность», № 5, 1978 г., с.22-26.

Появление микропроцессоров и других интегральных схем с высокой степенью интеграции (БИС) явилось революционным этапом в развитии вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры (ВТ и РЭА). Это объясняется, прежде всего, двумя факторами. Качественным улучшением характеристик средств ВТ и РЭА в результате применения БИС при их построении – уменьшении габаритов, массы, энергопотребления, возможностью встраивания средства управления практически в любую аппаратуру. И расширением области применения ВТ и РЭА, т.е. возможностью использования средств ВТ и РЭА в областях, в которых ранее они не применялись.

Однако успехи микроэлектроники, привели не только к резкому улучшению характеристик средств ВТ и РЭА, но к коренному изменению взаимоот¬ношений между создателями и потребителями микропроцессоров и других БИС, т.е. между предприятиями электронной и атаратуростроительных отраслей промышленности.

Не меньше проблем возникает и при создании технологического оборудования. Современная технология изготовления ИС вплотную подошла к созданию БИС, содержащих до 40 000 000 координатных точек на кристалле площадью 40-50 кв. мм. Для реализации таких схем необходимо обеспечить получение ширины линии 0,5-0,7 мкм, что невозможно при использовании традиционных методов и оборудования. Следовательно, необходимо создание нового сложного оборудования (например, электронно-лучевого).

Ни одна другая отрасль промышленности не требует такой высокой чистоты исходных материалов, как микроэлектроника, Так, для полупроводниковых пластин допускается дефектность не хуже 1 дефекта на 1 кв. см., причём дефекты рассматриваются на молекулярном и атомарном уровне.

Большое количество проблем связано с созданием контрольно-измерительной аппаратуры. Сложность БИС достигла такого уровня, когда полный параметрический или функциональный контроль становится невозможным из-за большого его объёма. Например, для полного функционального контроля микропроцессорной БИС требуется 2 в степени aхb тестов, где a-разрядность, b-количество микрокоманд микропроцессора (такое необычное представление чисел с показателями степени вызвано нормами портала Проза.ру). Так, для проверки микросхемы К587ИК2 требуется 2 в 451-й степени. Выходом из сложившейся ситуации является частичный функциональный контроль. Его практическая реализация требует сложных систем для разработки приемлемых по объёму и качеству проверки БИС тестов для непосредственного выполнения тестового контроля. По объёму аппаратуры и математического обеспечения такую систему можно сравнить с ЭВМ ЕС 1030, но с более высоким быстродействием.

Итак, с ростом степени интеграции в микроэлектронике предприятия электронной промышленности, занимающиеся проектированием и производством изделий ВТ и РЭА, вынуждены наращивать темпы разработки и производства сложной прецизионной технологической и контрольно-измерительной аппаратуры, адекватной целым системам. Что отвлекает очень крупные силы, сдерживает темпы развития микроэлектроники и приводит к ещё большему нарушению специализации разработчиков изделий электронной техники и РЭА.

Время и события требуют диалектического изменения исторически сложившихся отношений между предприятиями электронной и аппаратуростроительных отраслей промышленности.

Прежде, чем перейти к рассмотрению сущности двухуровневой кооперации и принципа построения комплексно-целевых программ (КЦП), необходимо провести некоторую классификацию ИЭТ по степени их применения в различных изделиях ВТ и РЭА. Подавляющая часть ИЭТ может быть использована для построения широкого круга изделий ВТ и РЭА, Такие ИЭТ называют унифицированными. Другие могут быть использованы для построения только определённого класса изделий. Назовём их ориентированными. При проектировании некоторых изделий ВТ и РЭА может возникнуть необходимость создания ИЭТ, применяемого только в данном изделии, или нескольких однотипных изделиях. Назовём их заказными.

Для разработки номенклатуры унифицированных ИЭТ головные предприятия электронной промышленности на основе изучения заявок аппаратуростроителей и областей применения определяют номенклатуру унифицированных ИЭТ в виде перечней развиваемых ИЭТ. Для оптимального распределения ресурсов предприятий электронной промышленности и координации разработок с целью обеспечения полноты номенклатуры разрабатываемых ИЭТ с одной стороны, и исключения возможности неоправданных параллельных разработок с другой стороны, служит горизонтальная кооперация, основанная на отраслевых комплексно-целевых программах (ОКЦП). ОКЦП формируют¬ся по классам ИЭТ на длительный срок (3-5 лет и более) и включают в себя все работы по созданию перспективных ИЭТ определённого класса, например по микропроцессорам, схемам памяти, логическим схемам и т.д. Соответствующие разделы перечней развиваемых ИЭТ являются основой ОКЦП. Планирование разработок на основе ОКЦП обеспечивает возможность оптимального распределения работ между предприятиями отрасли с учётом их специализации, наличия ресурсов и специалистов и тем самым позволяет гарантировать выполнение работ на высоком уровне и в кратчайшие сроки. Таким образом обеспечивается горизонтальная внутриотраслевая кооперация в электронной промышленности.

Появление микропроцессоров и других БИС остро поставило вопрос о вертикальной, межотраслевой кооперации, т.е. об участии потребителей в создании унифицированных БИС и других ИЭТ, так как сложность БИС возрастает, их разработка требует всё более сложного оборудования и аппаратуры, т.е. решения таких проблем, которые не под силу предприятиям электронной промышленности. Форма и доля этого участия могут быть определены при согласовании ОКЦП со всеми заинтересованными сторонами, в том число с потребителями. Например, при создании БИС потребитель может принять участие в разработке и поставке технологического, оптического, электронно-лучевого и другого оборудования, контрольно-измерительной и тестовой аппаратуры, материалов, разработке программного обеспечения, систем машинного проектирования и технических средств для них, особенно периферийных устройств и т.д.

Однако основой вертикальной кооперации должны явиться аппаратурно-ориентированные комплексно-целевые программы (АКЦП). Они формируются организациями алпаратуростроительных отраслей совместно с организациями электронной промышленности и содержат весь комплекс работ, необходимых для построения определённого класса изделий ВТ и РЭА, в том числе и работы по созданию ИЭТ. АКЦП также согласовываются со всеми заинтересованными сторонами и опре-деляют форму и долю участия заказчика в создании унифицированных БИС (порядок создания ориентированных и заказных БИС будет рассмотрен ниже). Таким образом, благодаря широкому участию большого количества предприятий различных отраслей в едином комплексе работ, скоординированном на основе взаимосогласованных ОКЦП и АКЦП, обеспечивается возможность создания унифицированных БИС в кратчайшие сроки и на высоком уровне.

Следует особо остановиться на проблеме создания ориентированных и заказных БИС. В этом случае заказчику, т.е. аппаратуростроительной организации, отводится ещё большая роль. Ориентированные, а тем более заказные ВИС отражают специфику конкретного потребителя. По существу они являются частью аппаратуры узкого назначения реализованной в виде БИС. В связи с этим взаимоотношения заказчика с исполнителем могут строиться по схеме, принятой в большинстве аппаратуростроительных организаций для регламентации совместных работ разработчиков (схемотехников) и конструкторов. Построенная по этому принципу схема взаимоотношений заказчика и исполнителя приведена на рисунке.

Разработка и согласование технических требований (ТТ) на заказную БИС (для краткости и ориентированные и заказные БИС будем называть заказными, так как порядок их разработки одинаков) выполняется совместно заказчиком и исполнителем, но основную работу при этом выполняет заказчик. Исполнитель помогает заказчику выбрать соответствующую технологию и определяет возможность реализации требований за-казчика в виде БИС.

Так как технический уровень изделия прежде всего определяется архитектурными и схемотехническими решениями аппаратуры, разработка карты технического уровня (КУ), необходимой для определения целесообразности разработки изделия и перспектив его применения, является задачей заказчика. Всю необходимую для этого информацию со стороны исполнителя заказчик получит при разработке ТТ.

Разработка архитектурных и структурных решений в построении изделия должна выполняться также заказчиком. Исполнитель принципиально не может выполнить эти работы, так как он не знаком с конкретной аппаратурой, частью которой должна являться БИС, к тому же у него нет для этого соответствующих специалистов и опыта в разработке специализированной аппаратуры.

Перед исполнителем же стоят задачи, свойственные его специализации, которые кроме него никто не сможет выполнить. Одной из главных задач является разработка базовой технологии, которая существенно изменяется с изменением степени интеграции микросхем и многих других факторов. На этапе разработки базовой технологии исполнитель изготавливает тестовые структуры, на которых отрабатываются как технологический процесс, так и базовые ячейки и другие параметры, необходимые для разработки топологии БИС.

Одновременно заказчик осуществляет логическое моделирование (на ЭВМ) как БИС, так и изделия на её основе, после чего разрабатывает схемотехническую документацию.

Заказчик должен обеспечить возможность измерений параметров и тестовой проверки работоспособности БИС. Это может быть достигнуто двумя способами. Либо, при разработке БИС заказчик обеспечивает возможность её проверки на стандартной измерительной и тестовой аппаратуре, имеющейся у исполнителя. Либо, если ему это не удастся, то он, учитывая специализацию предприятий заказчика и исполнителя, должен решить проблему разработки, изготовления и обеспечения исполнителя тестовой и метрической аппаратурой в количестве, необходимом для серийного производства микросхем.

Базовая технология определяет общие характеристики процесса изготовления БИС. Для изготовления конкретной БИС требуется его уточнение, т.е. разработка конкретного процесса, осуществляемая исполнителем.

Учитывая специальный характер заказных БИС; следует предусмотреть, что в некоторых случаях исполнитель должен сам разрабатывать и осваивать производство соответствующих корпусов для них.

Изготовление БИС, их контроль, испытания и освоение в серийном производстве осуществляются исполнителем.

Поскольку основным разработчиком БИС, её архитектуры, структуры и схемотехники, является заказчик, наверное, более целесообразно возложить на него разработку всех эксплуатационные документов и материалов по применению микросхем. Однако ряд требований и рекомендаций, например требования к условиям эксплуатации, заказчик не может сформулировать без участия исполнителя. Поэтому разработка материалов по применению (см, рисунок) является совместной работой, хотя основным её исполнителем является заказчик.

В некоторых случаях разработке микросхемы сопутствует разработка программного обеспечения (ПО). Так как в ПО реализуются некоторые черты архитектурных принципов построения изделия, разработку ПО желательно возложить полностью на заказчика.

Таким образом, в результате развития микроэлектроники устанавливаются принципиально новые взаимоотношения между разработчиками ИЭТ и средств ВТ и РЭА. Поставщик и потребитель стандартных изделий из независимых сторон превращаются в тесно сотрудничающие. Практика показывает, что такой подход полностью себя оп¬равдывает, позволяет концентрировать силы и средства различных отраслей промышленности на решении обшей задачи развития народного хозяйства.

Статья поступила в редакцию журнала «Электронная промышленность» 21 декабря 1977 г.

Размещение произведения на сторонних ресурсах, а также его публикация на бумажных и иных носителях запрещены без согласия автора.

Малашевич Б.: boris@malashevich.ru

© Copyright: Борис Малашевич, 2016
Свидетельство о публикации № 217011700960

Источник

БИС и СБИС и их разновидности

К большим интегральным микросхемам (БИС) условно можно отнести микросхемы 4-й степени интеграции (число элементов более 1000).

Существуют две разновидности БИС:

Полупроводниковые БИС. Полупроводниковые БИС содержат на одном кристалле сложные функциональные узлы: микропроцессоры и запоминающие устройства.

При создании БИС можно выделить три направления:

1) совершенствование существующих технологических процессов изготовления БИС и созданием новых (повышение разрешающей способности литографии, использованию ионной имплантации и др.). Имеются теоретические пределы для плотности элементов: для МДП – транзисторов 107 – 108, для биполярных транзисторов 106 на квадратном сантиметре. Использование многослойной металлизации также позволяет увеличить плотность элементов благодаря уменьшению длины межэлементных соединений и числа пересечений проводников.

2) увеличение размеров кристалла. Так, если в 1970 – 1973 гг. типовым размером кристалла был 1,5´1,5 мм, то в 1973 – 1975 гг. он увеличился до 6´6 мм, а в настоящее время – до 10´10 мм.

3) разработке новых схемотехнических решений.

Выбор номенклатуры разрабатываемых:

Конструктивно кристалл матричной БИС представляет собой совокупность регулярно расположенных логических ячеек (топологических фрагментов). Между последними предусматриваются свободные промежутки, необходимые для межсоединений. Матричная БИС выполняет заданные функции лишь на заключительном этапе изготовления, когда осуществлены необходимые межэлементные соединения.

С повышением степени интеграции повышается быстродействие схем, так как минимизируются паразитные параметры, вносимые металлизированными соединениями. Однако повышение степени интеграции связано и с рядом трудностей, проявляющихся на различных этапах создания БИС, особенно при разработке ее топологии. Трудоемкость ручного проектирования БИС может быть приближенно оценена по следующим формулам:

для аналоговых схем

Здесь N – число элементов БИС; Т – трудоемкость проектирования, ч. При полной автоматизации проектирования БИС трудоемкость проектирования

Из анализа выражений (1, 2, 3 ) видно, что проектировать БИС без применения ЭВМ практически невозможно. При числе элементов 105 автоматизация проектирования БИС позволяет уменьшить сроки разработки приблизительно в 120 раз.

Гибридные БИС (БГИС). В ГИС, так же как и в полупроводниковых ИС, происходит увеличение степени интеграции. В БГИС на одной подложке могут быть объединены как различные элементы, так и компоненты, в том числе ИС и БИС, выполненные по различным технологиям (биполярная, МДП-, тонко- и толстопленочная и др.). Это позволяет обеспечить широкий диапазон электрических параметров и гибко решать сложные инженерные задачи по созданию микроэлектронной аппаратуры.

Технологию БГИС можно рассматривать как замену существующих методов многослойного печатного монтажа при размещении на подложках бескорпусных полупроводниковых ИС, БИС и других компонентов. Чаще всего БГИС содержат бескорпусные ИС и БИС, объединенные металлической разводкой. Поэтому создание БГИС обычно сводится к коммутации ИС и БИС в единый функциональный комплекс, называемый микросборкой.

Дальнейшее совершенствование конструкции и технологии изготовления микроэлектронной аппаратуры заключается в замене ее блоков на БГИС и переходе от печатных плат к платам, изготовляемым по гибридной технологии.

Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ

Отверстия печатных плат

Одними из главных элементов конструкции печатных плат являются отверстия. Большинство параметров ПП связано именно с размерами этих отверстий, которые могут быть:

— монтажными, куда устанавливаются и запаиваются выводы элементов;

— переходными (межслойными), обеспечивающими только электрические соединения между слоями платы.

Металлизированные монтажные отверстия являются одновременно переходными отверстиями. На печатных платах обычно присутствует некоторое количество неметаллизированных конструкционных отверстий, служащих для фиксации компонентов, крепления печатных плат к несущим элементам конструкций и других целей. Эти отверстия бывают гладкими, без контактных площадок и металлизации. Крепежные отверстия с целью удешевления производства выполняются одновременно с монтажными, поэтому в них присутствует внутренняя металлизация, но отсутствуют контактные площадки.

Металлизированные отверстия снабжены контактными площадками на наружных слоях, а в многослойных платах – еще на тех слоях, на которых к этим отверстия подводятся печатные проводники.

Контактные площадки и металлизация отверстий выполняются из меди. Все металлизированные поверхности могут иметь дополнительное гальваническое покрытие, которое выполняет функцию маски, защищающей участки медной фольги при травлении, что обеспечивает формирование элементов проводящего рисунка.

Главный параметр отверстия – диаметр(d), который у неметаллизированных отверстий совпадает с диаметром сверления. Для металлизированных отверстий диаметр самого отверстия отличается от диаметра сверления на двойную толщину металлизации, а в случае применения гальванического покрытия – еще и на двойную толщину покрытия.

Монтажные отверстия

Размеры монтажных отверстий определяются диаметром и сечением выводов элементов, монтируемых в эти отверстия. В любых металлизированных отверстиях следует предусматривать гарантированный зазор (не менее 0,1мм) для заполнения металлизированного отверстия расплавленным припоем.

Диаметры отверстий ПП обязательно выбираются из ряда, соответствующего ГОСТ 10317-79, который включает в себя диаметры от 0,4 до 3,0мм через 0,1мм, кроме диаметров 1,9 и 2,9мм.

Переходные отверстия

Диаметры переходных отверстий выполняют аналогично монтажным, но во всех случаях стараются сделать их с минимальными размерами, допустимыми для конкретной толщины ПП. Часто минимальный диаметр отверстия определяется диаметром сверла или возможностями производства. Минимальный диаметр переходного отверстия определяется из соотношения:

где k – отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы;

Источник

Большая интегральная схема

Интегра́льная (engl. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, or chip), (микро)схе́ма (ИС, ИМС, м/сх), чип, микрочи́п (англ. chip — щепка, обломок, фишка) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) — ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение «чип компоненты» означает «компоненты для поверхностного монтажа» в отличие от компонентов для традиционной пайки в отверстия на плате. Поэтому правильнее говорить «чип микросхема», имея в виду микросхему для поверхностного монтажа. В настоящий момент (2009 год) большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

Содержание

История

Изобретение микросхем началось с изучения свойств тонких оксидных плёнок, проявляющихся в эффекте плохой электро-проводимости при небольших электрических напряжениях. Проблема заключалась в том, что в месте соприкосновения двух металлов не происходило электрического контакта или он имел полярные свойства. Глубокие изучения этого феномена привели к открытию диодов а позже транзисторов и интегральных микросхем.

В 1958 году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на Texas Instruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников Fairchild Semiconductor. Обоих объединил вопрос: «Как в минимум места вместить максимум компонентов?». Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить на одном монолитном кристалле из полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний. В 1959 году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения — началось противостояние двух компаний, которое закончилось мирным договором и созданием совместной лицензии на производство чипов. После того как в 1961 году Fairchild Semiconductor Corporation пустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.

Первая советская полупроводниковая микросхема была создана в 1961 г. в Таганрогском радиотехническом институте, в лаборатории Л. Н. Колесова.

Первая в СССР полупроводниковая интегральная микросхема была разработана (создана) на основе планарной технологии, разработанной в начале 1960 года в НИИ-35 (затем переименован в НИИ «Пульсар») коллективом, который в дальнейшем был переведён в НИИМЭ (Микрон). Создание первой отечественной кремниевой интегральной схемы было сконцентрировано на разработке и производстве с военной приёмкой серии интегральных кремниевых схем ТС-100 (37 элементов — эквивалент схемотехнической сложности триггера, аналога американских ИС серии SN-51 фирмы Texas Instruments). Образцы-прототипы и производственные образцы кремниевых интегральных схем для воспроизводства были получены из США. Работы проводились НИИ-35 (директор Трутко) и Фрязинским заводом (директор Колмогоров) по оборонному заказу для использования в автономном высотомере системы наведения баллистической ракеты. Разработка включала шесть типовых интегральных кремниевых планарных схем серии ТС-100 и с организацией опытного производства заняла в НИИ-35 три года (с 1962 по 1965 год). Ещё два года ушло на освоение заводского производства с военной приёмкой во Фрязино (1967 год).[1]

Уровни проектирования

В настоящее время большая часть интегральных схем разрабатывается при помощи САПР, которые позволяют автоматизировать и значительно ускорить процесс получения топологических фотошаблонов.

Классификация

Степень интеграции

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции (указано количество элементов для цифровых схем):

В настоящее время название ГБИС практически не используется (например, последние версии процессоров Pentium 4 содержат пока несколько сотен миллионов транзисторов), и все схемы с числом элементов, превышающим 10000, относят к классу СБИС, считая УБИС его подклассом.

Технология изготовления

Вид обрабатываемого сигнала

Аналоговые микросхемы — входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания.

Цифровые микросхемы — входные и выходные сигналы могут иметь два значения: логический ноль или логическая единица, каждому из которых соответствует определённый диапазон напряжения. Например, для микросхем ТТЛ-логики при питании +5 В диапазон напряжения 0…0,4 В соответствует логическому нулю, а диапазон 2,4…5 В соответствует логической единице. Для микросхем ЭСЛ-логики при питании −5,2 В: логическая единица — это −0,8…−1,03 В, а логический ноль — это −1,6…−1,75 В.

Аналого-цифровые микросхемы совмещают в себе формы цифровой и аналоговой обработки сигналов. По мере развития технологий получают всё большее распространение.

Технологии изготовления

Типы логики

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.

КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) технологии являются наиболее распротранёнными логиками микросхем. Где небходимо экономить потребление тока, применяют КМОП-технологию, где важнее скорость и не требуется экономия потребляемой мощности применяют ТТЛ-технологию. Слабым местом КМОП-микросхем является уязвимость от статического электричества — достаточно коснуться рукой вывода микросхемы и её целостность уже не гарантируется. С развитием технологий ТТЛ и КМОП микросхемы по параметрам сближаются и, как следствие, например, серия микросхем 1564 — сделана по технологии КМОП, а функциональность и размещение в корпусе как у ТТЛ технологии.

Микросхемы, изготовленные по ЭСЛ-технологии, являются самыми быстрыми, но наиболее энергопотребляющими и применялись при производстве вычислительной техники в тех случаях, когда важнейшим параметром была скорость вычисления. В СССР самые производительные ЭВМ типа ЕС106х изготавливались на ЭСЛ-микросхемах. Сейчас эта технология используется редко.

Технологический процесс

При изготовлении микросхем используется фотопроцесс, при этом схему формируют на подложке, обычно из диоксида кремния, полученной термическим оксидированием кремния. Ввиду малости размера элементов микросхем, от использования видимого света и даже ближнего ультрафиолета при засветке давно отказались. В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают ширину полосы фотоповторителя и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости c рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами вытравливания и напыления.

В 70-х годах ширина полосы составляла 2-8 мкм, в 80-х была улучшена до 0,5-2 мкм. Некоторые экспериментальные образцы рентгеновского диапазона обеспечивали 0,18 мкм.

В 90-х годах из-за нового витка «войны платформ» экспериментальные методы стали внедряться в производство и быстро совершенствоваться. В начале 90-х процессоры (например ранние Pentium Pro) изготавливали по технологии 0,5-0,6 мкм. Потом их уровень поднялся до 0,25-0,35 мкм. Следующие процессоры (Pentium 2, K6-2+,

В конце 90-х фирма Texas Instruments создала новую ультрафиолетовую технологию с шириной полосы около 0,08 мкм. Но достичь её в массовом производстве не удавалось вплоть до недавнего времени. Она постепенно продвигалась к нынешнему уровню, совершенствуя второстепенные детали. По обычной технологии удалось обеспечить уровень производства вплоть до 0,09 мкм.

Новые процессоры (сперва это был Core 2 Duo) делают по новой УФ-технологии 0,045 мкм. Есть и другие микросхемы давно достигшие и превысившие данный уровень (в частности видеопроцессоры и flash-память фирмы Samsung — 0,040 мкм). Тем не менее дальнейшее развитие технологии вызывает всё больше трудностей. Обещания фирмы 2006 году так и не сбылись.

Сейчас альянс ведущих разработчиков и производителей микросхем работает над тех. процессом 0,032 мкм.

Контроль качества

Для контроля качества интегральных микросхем широко применяют так называемые тестовые структуры.

Назначение

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом — вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы

Цифровые схемы

Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

Аналогово-цифровые схемы

Серии микросхем

Аналоговые и цифровые микросхемы выпускаются сериями. Серия — это группа микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенные для совместного применения. Микросхемы одной серии, как правило, имеют одинаковые напряжения источников питания, согласованы по входным и выходным сопротивлениям, уровням сигналов.

Корпуса микросхем

Микросхемы выпускаются в двух конструктивных вариантах — корпусном и бескорпусном.
Бескорпусная микросхема — это полупроводниковый кристалл, предназначенный для монтажа в гибридную микросхему или микросборку.
Корпус — это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями!
В российских корпусах расстояние между выводами измеряется в миллиметрах и наиболее часто это 2,5 мм или 1,25 мм. У импортных микросхем расстояние измеряют в дюймах, используя величину 1/10 или 1/20 дюйма, что соответствует 2,54 и 1,28 мм. В корпусах до 16 выводов эта разница не значительна, а при больших размерах идентичные корпуса уже несовместимы.
В современных импортных корпусах для поверхностного монтажа применяют и метрические размеры: 0,8 мм; 0,65 мм и другие.

Специфические названия микросхем

Из большого количества цифровых микросхем изготавливались процессоры. Фирма Intel 4004, которая выполняла функции процессора. Такие микросхемы получили название микропроцессор. Микропроцессоры фирмы Intel совершенствовались: Intel 8008, Intel 8080, Intel 8086, Intel 8088 (на основе двух последних микропроцессоров фирма персональные компьютеры).

Микропроцессор выполняет в основном функции АЛУ (арифметико-логическое устройство), а дополнительные функции связи с периферией выполнялись с помощью специально для этого изготовленных наборов микросхем. Для первых микропроцессоров число микросхем в наборах исчислялось десятками, а сейчас это набор из двух-трех микросхем, который получил термин чипсет.

Микропроцессоры со встроенными контроллерами памяти и ввода-вывода, ОЗУ и ПЗУ, а также другими дополнительными функциями называют микроконтроллерами.

См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Большая интегральная схема» в других словарях:

БОЛЬШАЯ ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА — (БИС) интегральная схема с высокой степенью интеграции (число элементов в ней достигает 104), используемая в электронной аппаратуре как функционально законченный узел устройств вычислительной техники, автоматики, измерительной техники и др … Большой Энциклопедический словарь

большая интегральная схема — БИС — [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] [Лугинский Я. Н. и др. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике. 2 е издание М.: РУССО, 1995 616 с.] Тематики… … Справочник технического переводчика

большая интегральная схема — (БИС), интегральная схема с высокой степенью интеграции (число элементов в ней достигает 104), используемая в электронной аппаратуре как функционально законченный узел устройств вычислительной техники, автоматики, измерительной техники и др. * *… … Энциклопедический словарь

большая интегральная схема — didelės integracijos grandynas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. grand schale integration; high integration circuit; large scale integration circuit vok. Großintegrationsschaltung, f; hochintegrierter Schaltkreis, m rus. большая… … Automatikos terminų žodynas

большая интегральная схема — (БИС), сложная интегральная схема с большой степенью интеграции. БИС создают методами планарной технологии (от английского planar – плоский, ровный) путём формирования их элементов с одной (рабочей) стороны полупроводниковой пластины (подложки).… … Энциклопедия техники

большая интегральная схема микропроцессора — didelės integracijos mikroprocesorius statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. large scale integration microprocessor vok. Hochintegrationsmikroprozessor, m rus. большая интегральная схема микропроцессора, f; микропроцессор с высокой… … Automatikos terminų žodynas

большая интегральная схема модема — didelės integracijos modemas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. large scale integration modem vok. Hochintegrationsmodem, m rus. большая интегральная схема модема, f; модем с высокой степенью интеграции, m pranc. circuit… … Radioelektronikos terminų žodynas

большая интегральная схема с избирательными межсоединениями — didelės integracijos grandynas su atrankiaisiais vidiniais sujungimais statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. discretionary routed large scale integration vok. hochintegrierte Schaltung mit wählbaren Leiterbahnverbindungen, f rus.… … Radioelektronikos terminų žodynas

большая интегральная схема с фиксированными межсоединениями — didelės integracijos grandynas su fiksuotais vidiniais sujungimais statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. large scale integration/fixed interconnection pattern vok. hochintegrierte Schaltung mit vorgegebenen Leiterbahnverbindungen … Radioelektronikos terminų žodynas

большая интегральная схема на КНС-структуре — didelės integracijos silicio grandynas ant safyro statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. silicon on sapphire/large scale integration vok. hochintegrierter Silizium auf Saphir Schaltkreis, m rus. большая интегральная схема на КНС… … Radioelektronikos terminų žodynas

Источник